新一代中国浮法玻璃技术新进展

新一代中国浮法玻璃技术新进展

1中国浮法玻璃技术现状1.1浮法工业:中国浮法技术生产线随着中国浮法雕塑技术的不断改进和创新，浮法技术已成为中国平板玻璃生产的主要技术。截止2006年底,中国已建成浮法玻璃生产线162条,其中全部或主要采用中国浮法技术的生产线达135条,占中国浮法玻璃生产线数量的83%。2006年平板玻璃总产量达4.54亿重量箱,浮法玻璃占81.87%,其中优质浮法玻璃占20%以上。在大力推动产业结构调整的同时,产品结构优化也取得显著进展。采用中国浮法玻璃技术并进行工程总承包的900t/d浮法玻璃生产线已在印度尼西亚成功投产,品种从常规厚度扩展到超薄(0.55～1.1mm)、超厚(15～25mm),开发出了在线Low-E和Sun-E、自洁、超白、防火玻璃等新品种。1.2我国浮法玻璃技术的自主知识产权近年来,我国玻璃科技工作者实施了从选矿、原料配料称量,到熔窑、锡槽、退火窑3大热工设备以及成套控制软件系统的一系列科技攻关,成功解决了一批长期制约我国浮法玻璃实物质量提高的关键性技术难题,取得了一批具有自主知识产权的重大技术创新成果,把中国浮法玻璃技术与装备水平提高到了一个崭新的阶段。1.2.1配合料混合均匀度1)采用大型均化库和新型均化装置对硅质原料进行均化,严格控制硅质原料成份、颗粒度和含水率的波动。2)开发了高精度自动配料电子秤系统,静态精度达1/2000以上,动态精度可达1/1000以上。3)改进配合料混合过程(加水、加蒸汽)的自动检测控制,提高配合料混合均匀度。4)开发了快速测定原料及碎玻璃中的COD值的技术方法,通过将原料已含的COD值(化学氧需要量,ChemicalOxygenDemand)一并纳入到还原剂加入量的控制中,控制原料的COD值、芒硝含量、碳粉比例以及熔化的氧化还原气氛,充分利用硫酸盐的溶解度,有效减少气泡,尤其是微气泡。1.2.2玻璃液的预处理研究1)开发了熔窑燃烧模拟技术,研究火焰空间温度场和玻璃液温度场之间的相互关系,确立各种规模熔窑的温度控制目标。2)研究了熔窑池底不同结构对玻璃熔化的影响,及其与回流、微气泡和能耗等的变化规律关系,优化了耐火材料的匹配选择。3)研究了投料口宽度与熔化池宽度的比例及对玻璃熔化的影响,合理确定澄清带的长度、熔窑宽度及其对玻璃液中微气泡溢出和熔窑热效率的的影响。4)研究了适合新窑型的卡脖结构形式和尺寸,通过玻璃液的自然对流,有目的地实现控制窑池中央充分澄清好的玻璃液进入冷却部,减少成形环流中低温回流的重复加热。5)研究了适合新窑型的冷却部结构和面积的大小,使成形玻璃液流是最新鲜的,避免了“滞止脏玻璃液”的出现。6)研究了熔化部热点区域采取鼓泡等强化对流措施对玻璃液热点稳定和玻璃液微观质量改善的影响。7)研究了由于窑型的改变导致池底温度与常规窑型差异而可能引起耐火材料所产生的微缺陷问题及解决方案和措施。8)开发了新型熔窑电辅助加热系统,对降低熔窑热耗、提高玻璃液熔化质量。1.2.3锡槽高效密封技术1)开发了玻璃液流量精确控制技术,控制精度可达到1/1000以上,比常规控制精度提高5倍以上,大大提高了锡槽热工制度的稳定性。2)开发了新型石墨挡坎及配置方案,结合深液区的优化设置,控制锡液流动,达到控制锡液横向温差<2℃的国际先进水平。提高了玻璃表面平整度,减少了玻璃厚薄差。3)开发了锡槽入口、出口隔墙新型整体密封技术,使锡槽出口压力由原来的15Pa提高到30Pa以上。4)开发了高精度、高稳定性全自动拉边机,完全可以取代进口设备。5)开发了先进的流液道结构,加强闸板附近的密封,减少熔窑气氛对锡槽的影响,减少杂质(含O、S等成分)进入锡槽。6)设置高纯氮气密封装置,对进入锡槽顶部、边部的保护气体进行计量,实行精确控制。7)开发了气体导流技术和装备,可以有组织地控制锡槽内气体的流向,排除槽内含SnO、SnS等污染物的气体,改善锡槽内的气氛环境,减少由O、S引起的缺陷,提高玻璃产品的质量。8)开发了锡液净化技术,减少锡离子对玻璃体内的渗透,减轻玻璃的钢化彩虹。9)开发了保护气体精细分配技术,根据工艺要求调节氮氢比例,确保进入锡槽的保护气体满足生产高质量玻璃的要求。10)优化集成多年理论和经验,编制了完整的操作软件用以指导生产,使最佳生产工艺参数具有可重复性,大大缩短改变生产品种的时间。技术开发前后锡槽的工艺参数对比见表1。1.2.4风系统及热压设计技术1)通过准确的热工计算得出各部位的保温厚度,开发了利于保温材料铺设的结构、层铺错缝的科学布置和装填方式,使退火窑具有优良的保温绝热性能,稳定窑内气氛,提高窑内温度场的抗冲击性。2)开发了新型电加热器和布置方式,该电加热器结构紧凑、体积小、重量更轻、调节范围更大,有利于在窑内建立一个多层次立体化的可控加热场。3)开发了独特的板下风管截面设计和空间布置方式,依据板上、板下风机独立的风系统设计理念,有效地解决了长期存在的C区板下温度过高的难题。4)开发了窑内风管热膨胀补偿结构,解决了超长的窑内风管热膨胀消除问题,保证了窑内风管、风箱之间接头不泄露,稳定了窑内气氛。5)开发了Ret区整体化设计,消除了Ret区的温降拐点,获得了平滑的温降曲线,降低暂时应力,提高了玻璃板的切裁率。中国自主开发的退火窑与外国公司退火窑的主要技术参数、性能对比见表2。1.2.5控制系统水平测试1)玻璃液面模糊规则控制系统软件开发;2)熔窑压力高精度、小波动控制系统软件开发;3)熔窑稳定温度场燃烧控制系统软件开发;4)熔窑火焰小扰动换向控制软件开发;5)流液道高精度流量控制系统软件开发;6)锡槽功率优化分配加热控制系统软件开发;7)退火窑温度解耦控制系统软件开发。在系统软件开发过程中,首次将模糊规则控制策略成功应用于熔窑玻璃液面控制系统、熔窑压力控制系统、退火窑温度控制系统等过程控制中,达到了高精度、高稳定性的控制效果。该成套系统软件在成都南玻项目实施后,浮法玻璃生产线各过程控制系统水平均达到国际先进水平,其工艺参数控制水平与国际先进水的对比见表3。采用新一代中国浮法玻璃技术生产的浮法玻璃的实物质量与国际先进水平的对比见表4。通过对原料配料称量,熔窑、锡槽、退火窑3大热工设备及自动控制系统成套软件的一系列科技攻关,并进而对各关键技术进行系统集成和工程转化,形成了具有自主知识产权并全面达到国际先进水平的新一代中国浮法玻璃技术。这就为中国平板玻璃工业实现“一个升级、2个飞跃”(浮法玻璃行业整体技术装备水平全面升级,产品实物质量和技术创新能力向国际先进水平飞跃)奠定了坚实的技术基础,也为我国玻璃工业的结构调整提供了强有力的技术支撑。2国浮法玻璃技术的发展虽然采用新一代中国浮法玻璃技术的几条生产线的技术装备与实物质量达到国际先进水平,但中国浮法玻璃技术的发展绝不应该就此止步。在我国大部分浮法玻璃生产线的技术装备水平还不高的现实情况下,在市场竞争全球化、客户需求多样化、环保节能严格化的新形势下,应从技术提高型、循环经济型、环保节能型、品种多样型等几个方面进一步推动中国浮法玻璃技术未来的发展。2.1我国浮法玻璃生产线改造的情况具有自主知识产权的新一代中国浮法玻璃技术的诞生,为我国众多技术装备水平一般的浮法玻璃生产线改造提高提供了可靠的保证。相信在国家产业政策引导下,在市场竞争推动下,我国浮法玻璃生产线的技术提高和结构调整一定会达到一个新的高度。2.2解决环境污染的措施平板玻璃工业具有自身的特殊之处,生产优质玻璃必须使用精选原料,因此平板玻璃企业难以采用生态工业园区模式来实施循环经济,笔者以为,中国平板玻璃工业发展循环经济的思路应当是:围绕1条主线,把握2个关键,落实4个环节。即围绕社会经济可持续发展战略这条主线,把握提高资源综合利用水平、减少污染物排放2个关键,落实到矿山开采和选矿环节、玻璃生产环节、玻璃使用环节和碎玻璃再利用环节。1)矿山开采和选矿环节,要大力提高回采率和综合回收率,降低采矿贫化率,延长矿山寿命,大力推进尾矿、废石的综合利用石英砂选矿过程中产生的尾矿(细砂、泥土等)露天堆放,侵占土地,会对环境造成严重污染。为解决这一难题,首先在工艺设计过程中考虑尾泥、细砂的预先分离,尾泥通过脱泥斗并经过滤机脱水成泥饼,该泥饼可用作水泥生产的硅质原料或用于土地复垦;对分离出来的分级细砂,研制出了价格低廉、选择性好和环境友好的浮选药剂,开发了新的浮选工艺和关键浮选设备,最终在工业生产线上取得了成功。其浮选石英精砂指标达到SiO299.5%～99.7%、Al2O30.15%～0.25%、Fe2O30.015%～0.025%,已大量应用于生产高档无碱电子玻纤,还可用于高级陶瓷釉料、硅微粉、真空玻璃管、高白料玻璃、高级泡花碱等行业。大幅度提高了其综合利用价值,解决了长期困绕硅质原料产地的石英尾砂堆放占用大量农田和由此造成的环境污染问题。2)在玻璃生产环节,采用先进的节能、节水技术,降低消耗,采用先进的环保技术减少污染物排放,走节能环保型发展之路。(1)节能技术玻璃工厂节能是一项系统工程,需要采取综合技术措施,从原料优化、燃烧新技术、改进熔窑结构、加强窑体保温、延长熔窑寿命、富氧燃烧、全氧燃烧、余热发电等方面共同推进。目前,采用新一代中国浮法玻璃技术的600t/d熔窑热耗已达到1450kCal/kg玻璃液,900t/d熔窑热耗可降至1350kCal/kg玻璃液。国内玻璃企业普遍在熔窑尾部设置余热锅炉来回收余热,余热锅炉产生的蒸汽作为重油伴热或采暖,但是这这种方式远远没有充分利用余热资源,在南方地区或以天然气为燃料的玻璃生产企业这种现象就更为突出。利用玻璃熔窑废气余热,通过增设高效余热锅炉及配套的凝汽式汽轮发电机组进行发电,可大量回收玻璃熔窑废气余热,达到节约能源、降低热耗、提高企业经济效益的目的。某浮法玻璃企业有2条500t/d浮法玻璃生产线,采用国内自主开发的余热发电系统,可实现年发电量2800×104kWh,项目总投资约4000万元,3年左右可收回投资。(2)节水技术浮法玻璃工厂的设备冷却用水均以循环使用为主,循环用水的循环方式分为密闭式循环系统和敞开式循环系统2种。敞开式循环冷却水是目前浮法玻璃工厂应用最普遍的一种冷却水系统,但这种开式循环会产生电化学腐蚀、CaCO3在传热面上结垢析出、换热器内粘泥沉积等问题,造成换热器换热效果下降,过水断面减少,通水能力降低,水资源浪费,容易酿成事故。闭式循环冷却水系统克服了敞开式循环系统的弊端,冷却水在密闭系统中循环使用,不与空气直接接触,水质不受污染,具有设备使用寿命长、新水补充量少(仅为敞开式冷却水系统的20%)、有利于主线工艺设备的操作等优越性。(3)环保技术我国的大部分浮法玻璃生产线以重油为燃料,烟气中的SO2是造成大气污染的主要因素。为贯彻循环经济的理念和清洁生产的方针,开发了具有自主知识产权的烟气脱硫除尘技术及成套装备,在深圳、广州、山东等地玻璃企业得到应用,环保部门验收监测的数据表明,该烟气脱硫除尘系统完全满足现行国家标准对玻璃工厂污染物排放的要求。虽然现行国家标准对玻璃工厂氮氧化物排放尚未做出限制,但新的浮法玻璃工厂环境保护标准将对玻璃工厂氮氧化物排放加以明确的限定。因此,开发新型高效的氮氧化物治理(脱硝)技术,是我国玻璃行业未来重要的攻关领域之一。可从以下几个方面开展脱硝技术的研发:1次治理措施:氧助燃技术;分层燃烧技术;采用低空气过剩系数;选用低NOx燃烧器。2次治理措施:重燃法;无催化剂的选择性还原技术;有催化剂的选择性还原技术。3)在玻璃使用环节,开发玻璃加工的新技术、新工艺,注重采用复合加工技术,为建筑节能和减少排放做贡献。(1)建筑节能目前我国建筑能耗占社会总能耗的27.6%,在15年后我国终端能耗中超过1/3是建筑能耗。我国目前既有的400多亿平方米城乡建筑中的99%为高耗能建筑,新建的数量巨大的房屋建筑中,95%以上还是高能耗建筑。我国在今后10～20年内要保持国民经济8%左右的增长速度,将面临着巨大的能源不足压力和责任,建筑节能将成为减轻这种压力、满足国民经济可持续增长的有效途径。建筑节能是一项综合性的系统工程,而科学合理地使用具有节能、安全、环保特性的加工玻璃则是这一系统工程中极其重要的环节之一,如果这一环节不能得到足够的重视和有效的实施,建筑节能工作就难以取得实质性的推进。我国幅员辽阔,气候差异大,有“三北高寒地区”,有“冬冷夏热地区”,有“夏热冬暖”地区等多种气候特征,因此要研制开发能适应不同气候特征的加工玻璃产品,以满足建筑节能、国家未来能源战略的实施和经济社会可持续发展的要求。(2)太阳能利用我国是能源资源严重短缺的国家。石油、天然气人均剩余可采储量仅有世界平均水平的7.7%和7.1%,储量比较丰富的煤炭也只有世界平均水平的58.6%。按目前探明储量和开采能力测算,我国煤炭、石油、天然气的可采年限分别只有80年、15年和30年,而世界平均水平分别是230年、45年和61年。2005年我国煤炭产量达21.9亿t,比2000年翻了一番,仍不能满足需要。石油净进口量由2000年的0.76亿t,迅速增长到2005年的1.43亿t。我国能源利用效率只有33%,比国际先进水平低10个百分点左右;2003年单位国内生产总值能耗是世界平均水平的3.1倍;2004年我国国内生产总值约占全世界的4.4%,而煤炭消费占35%以上,原油消费占7.8%(按当年汇率计算)。近年来单位国内生产总值能耗不降反升,按2000年价格计算,2002年～2004年分别为1.30、1.36、1.43t标准煤/万元,2005年与2004年持平。因此,大力发展太阳能产业是我国实现社会经济可持续的重要途径。已先后开发出两大类太阳能发电系统,第1类是在单体建筑物的屋顶和幕墙上安装的光伏发电系统;第2类,是大面积集热式太阳能发电系统。光伏发电系统与超白玻璃的关联情况,大致是每100瓦装置需用钢化超白玻璃1～2m2;集热式太阳能发电系统则需要大量使用优质超白浮法薄玻璃制造聚热镜面。在国际市场上,太阳能产业在国外每年以30%～50%的速度递增,是目前世界上比IT产业发展更为迅速的产业。统计资料显示,近几年中国太阳能产业以“爆炸式”的增速度长(见表6),带动了超白玻璃需求的迅猛增长。3)大力开发碎玻璃应用新技术、新工艺碎玻璃除了回收到玻璃工厂继续用于玻璃生产外,还可以用于建筑材料生产、用于装饰材料生产、用于农